福建师范大学21春《热力学与统计物理》离线作业2参考答案71

福建师范大学21春热力学与统计物理离线作业2参考答案1. 下列知识解释与事例相符的是（）A光的反射-影子的形成B光的折射-岸边的树倒映在水中C光的反射-人能在下列知识解释与事例相符的是（）A光的反射-影子的形成B光的折射-岸边的树倒映在水中C光的反射-人能在镜中看见自己的像D光的直线传播-把铅笔斜插入盛水的玻璃杯中，看上去好像折断了A、影子的形成是光沿直线传播形成的，不是由光的反射形成的；B、岸边的树倒映在水中是光的反射形成的，不是由光的折射形成的；C、人在镜中看到的自己像，是人在平面镜中成的像，是光的反射形成的；D、把铅笔斜插入盛水的玻璃杯中，看上去好像折断了是光的折射形成的，不是光的直线传播形成的；故选C2. NaCl、KBr、MgO、CaO都是NaCl型品体，试估算这四种品体点阵能大小顺序，并简述理由(各种玻恩指数可近NaCl、KBr、MgO、CaO都是NaCl型品体，试估算这四种品体点阵能大小顺序，并简述理由(各种玻恩指数可近似认为相等)。正确答案：因为U当马德隆常数、玻恩指数m相同时则U(W+W-)r从r及W+W-两个因素考虑点阵能的次序是MgOCaONaClKBr。因为U,当马德隆常数、玻恩指数m相同时,则U(W+W-)r,从r及W+W-两个因素考虑,点阵能的次序是MgOCaONaClKBr。3. 若原子基态的第六层电子只有4个电子，则原子的第五层电子数为( )。A8B18C32D818若原子基态的第六层电子只有4个电子，则原子的第五层电子数为( )。A8B18C32D818正确答案：B4. 身高为1.6m的同学站在竖直平面镜前2m处，人与像之间的距离是_m，当他逐渐远离平面镜时，他在镜中像_身高为1.6m的同学站在竖直平面镜前2m处，人与像之间的距离是_m，当他逐渐远离平面镜时，他在镜中像_1.6m（填“大于”、“小于”或“等于”）因为平面镜所成的像和物体各对应点到平面镜间距离相等，所以，由他到平面镜的距离为2m可得镜中所成的像与平面镜之间的距离为2m，则人与像之间的距离为2m2=4m；因为平面镜所成的像和物体形状、大小相同，所以当人远离平面镜时，镜中像的大小将不会改变，由他身高1.6m可得镜中的像高也是1.6m故答案为：4；等于5. “土电话”表明_能传声；鱼会被岸上的说话声吓跑，表明_能传声；人们能听到雷声，表明_能传声；登“土电话”表明_能传声；鱼会被岸上的说话声吓跑，表明_能传声；人们能听到雷声，表明_能传声；登上月球的宇航员即使相距很近，也听不到对方的讲话声，这是由于_不能传声“土电话”是通过绳子传播声音的，所以表明固体能传声；鱼会被岸上的说话声吓跑，是声音通过水传给鱼，表明液体能传声；人们能听到雷声，是声音通过空气传播的，表明气体能传声；月球上是真空，真空不能传声故答案为：固体；液体；气体；真空6. 在古代，人类就掌握了钻木取火的方法，这是用_的方法来改变木头的内能；烧红的铁块放进凉水里，水的温度升在古代，人类就掌握了钻木取火的方法，这是用_的方法来改变木头的内能；烧红的铁块放进凉水里，水的温度升高了，这是用_的方法来改变水的内能钻木取火时钻与木头相互摩擦做功，机械能转化为木头的内能，是通过做功的方式改变物体的内能；烧红的铁块放进凉水里，是利用热传递的方式把热量转移给了水，使水的内能增大，温度升高；故答案为：做功，热传递7. 密度为的不可压缩液体置于一开口的圆柱形容器内，若此容器绕对称轴作高速旋转，求液体内压强分布和液体表面密度为的不可压缩液体置于一开口的圆柱形容器内，若此容器绕对称轴作高速旋转，求液体内压强分布和液体表面的形状。从流体静力学角度求解。 以容器为参考系，以液面中心为原点，如图9.8所示。此时流体内任一流体质点都受到重力与惯性力的作用，相应的体力密度为-g和，其中为沿水平方向的单位向量。由流体静力学方程 得到 所以有 =2rdr-gdz 积分后得 当r=0时，z=0，p=p0(p0是液体表面的压强，即大气压强)，代入上式，最后求得液体内压强分布为 由于液体表面上任一点的压强为大气压强p=p0，最后得到液体表面的曲线方程为 由此式知道液体表面为一旋转抛物线。 8. 相对论认为所有的物理规律在不同的惯性参照系中是不一样的。( )相对论认为所有的物理规律在不同的惯性参照系中是不一样的。( )正确答案： 9. 四甲基硅烷分子中1H核的共振频率处于高场，比所有有机化合物中的1H核都高。( )四甲基硅烷分子中1H核的共振频率处于高场，比所有有机化合物中的1H核都高。( )此题为判断题(对，错)。正确答案：10. 试求理想气体分子动能的分布函数。试求理想气体分子动能的分布函数。正确答案：11. P+N结杂质分布Na=常数，Nd=Nd0e-x/L，导出C-V特性表达式P+N结杂质分布Na=常数，Nd=Nd0e-x/L，导出C-V特性表达式设x=xn为N侧空间电荷区边界 泊松方程为 积分一次得 令x=xn，(x值较大时，忽略内建电场的贡献)，则 再积分得 +Ax+B (A、B为积分常数) +Axn+B +B 令0=(xn)-(0)且取(xn)=0，则 因为xnL，则 代入上式，得 (这里利用了Wxn) 于是 当有偏压时 总电荷为 则电容为 12. 一正弦光栅的屏函数为 现将它沿x轴平移x=d/6，d/4，d/2，d，3d/2，写出移动后的屏函数表达式一正弦光栅的屏函数为现将它沿x轴平移x=d/6，d/4，d/2，d，3d/2，写出移动后的屏函数表达式位移x引起相移，两者的定量关系为 此时，屏函数的表达式写成 t(x，y)=t0+t1cos(2fx+) 由式得 13. 下列酸根中，具有相同的杂化态和相同的几何构型的一组是( )。ANO3- 、CO32BSO42- 、NO3CCO32-下列酸根中，具有相同的杂化态和相同的几何构型的一组是( )。ANO3- 、CO32BSO42- 、NO3CCO32- 、SO42-DSO42- 、SO32-正确答案：ASO42-为sp3杂化，正四面体；SO32-为不等性sp3杂化，三角锥形。14. 双酚A型聚碳酸酯的玻璃化温度比聚对苯二甲酸己二醇酯的玻璃化温度_。双酚A型聚碳酸酯的玻璃化温度比聚对苯二甲酸己二醇酯的玻璃化温度_。高15. 证明理想玻色气体的物态方程为 式中，为粒子数密度。证明理想玻色气体的物态方程为式中，为粒子数密度。由公式 对玻色气体，利用展开式 有 从而 令 则由上式得 通常情况下，y很小，可以将e-按y的幂级数展开 于是 比较两边系数得 b1=1， 所以 代入 得 注意到pV=kT即有 16. 站在平面镜前的人向平面镜走近的过程中，他的像和人相比A逐渐变大B大小不变C逐渐变小D有时变大，有时变小站在平面镜前的人向平面镜走近的过程中，他的像和人相比A逐渐变大B大小不变C逐渐变小D有时变大，有时变小B平面镜成的像与物体等大，因此人向平面镜走近的过程中他的像和人相比大小不变。故选B。17. 试证明：开放系涨落的准热力学公式为 . 在T，V恒定时计算，和试证明：开放系涨落的准热力学公式为.在T，V恒定时计算，和考虑系统和源构成一个孤立的复合系统，则涨落状态出现的概率应与其相应的热力学概率成正比，即 . (1) 由于熵为广延量而具有可加性，则复合系统熵的偏离是系统的熵偏离和源的熵偏离之和S(0)=S+Sr开放系的热力学基本方程给出 . (2) 复合系统是孤立系，必有 Er=-E， (3) Vr=-V， (4) Nr=-N (5) 所以 . (6) 式中，T，p分别是源的温度、压强和化学势，平衡时，即为系统的温度、压强和化学势由此可得概率关系为 . (7) 将E看作S，V和N的函数，在其平均值附近展开，并准确到二级，有 . (8) 平衡时，有 ， (9) (10) . (11) 所以 . (12) 代入概率表达式，得 . (13) 以T，V，N为自变量，当T，V不变时，有.代入式(13)，得T，V不变时，粒子数具有偏离N的概率为 (14) 将此式与高斯分布的标准形式比较，得 . (15) 以T，V，为独立变量，当T，V不变时，有 . (16) 代入概率关系得T，V不变时，化学势具有偏离的概率为 . (17) 与高斯分布的标准形式比较，得 . (18) 因为 ， (19) 而 ， (20) ， (21) 所以，由式(19)式(22)，得 . (23) 18. 一定量的理想氢气由体积为2.3L、压强为1.0atm的初态经一多方过程变化到体积为4.1L、压强为0.5atm的末态。求：一定量的理想氢气由体积为2.3L、压强为1.0atm的初态经一多方过程变化到体积为4.1L、压强为0.5atm的末态。求：由多方过程方程，得多方指数为 $内能的变化为 式中，负号表示变化过程中系统内能减少。$对外做的功为 $由热力学第一定律，得吸收的热量为 Q=E+A=-62.5+125=62.5(J) 19. 如果光在增益介质中通过1m后，光强增大至两倍，试求介质增益系数。如果光在增益介质中通过1m后，光强增大至两倍，试求介质增益系数。因为I=I0eGz=2I0，所以G=ln2-0.693(m-1)=0.69310-3mm-1。20. 试用作图法画出单个折射球面，由于球差和场曲所引起的畸变，分别讨论孔径光阑不与球心重合及与球心试用作图法画出单个折射球面，由于球差和场曲所引起的畸变，分别讨论孔径光阑不与球心重合及与球心重合两种情况。正确答案：21. 高聚物在交变的应力作用下，形变落后于应力的现象称为：( ) (A)蠕变 (B)应力松弛 (C)内耗 (D)滞后高聚物在交变的应力作用下，形变落后于应力的现象称为：()(A)蠕变(B)应力松弛(C)内耗(D)滞后D22. 处于激发态的原子是不稳定的，经过或长或短的时间t(t的典型值为110-8s)就要自发地跃迁到较低能级上而发出处于激发态的原子是不稳定的，经过或长或短的时间t(t的典型值为110-8s)就要自发地跃迁到较低能级上而发出相应的光子。由海森伯不确定关系式可知，激发态原子的能级E就有一个相应的不确定值E，这又使得所发出的光子的频率有一不确定值而使相应的光谱线变宽。此值叫做光谱线的自然宽度。试求电子由激发态跃迁回基态时所发出的光形成的光谱线的自然宽度。(En+E)-E1=En-E1+E=h+h=h(+)，因，而，所以 23. 一摆在空中振动，某时刻，振幅为A0=0.03m，经t1=10s后，振幅变为A1=0.01m问：由振幅为A0时起，经多长时间，其振幅一摆在空中振动，某时刻，振幅为A0=0.03m，经t1=10s后，振幅变为A1=0.01m问：由振幅为A0时起，经多长时间，其振幅减为A2=0.003m?阻尼振动有： A=A0e-t A1=A0e-t1 得： A2=A0e-2 得t221s 24. 2008年5月12日四川省汶川县发生8.0级特大强烈地震后，媒体把地震信息及时传遍全世界，世界各地积极回应，支援2008年5月12日四川省汶川县发生8.0级特大强烈地震后，媒体把地震信息及时传遍全世界，世界各地积极回应，支援灾区，因特网上可以看到全国人民“抗震救灾，众志成城”的很多感人事迹，媒体利用_波传出信息，这种波在真空中的传播速度约为_m/s因为在我们日常生活中，像电脑、电视机、电台、电视台、无线电台或卫星行动通信等都是通过电磁波传播信息的，故答案为：电磁波电磁波与光的传播速度相同，故答案为：3108m/s25. 小明的身高l60cm，他站在平面镜前0.5m，他在镜中的像高cm，像和他的距离是，他逐渐离开平面镜，镜中的像将(选填“小明的身高l60cm，他站在平面镜前0.5m，他在镜中的像高cm，像和他的距离是，他逐渐离开平面镜，镜中的像将(选填“变大”“变小”或“不变”)。160 1m不变：（1）根据平面镜成像与物大小相同，人身高是160cm，则像高也是160cm；（2）根据像与物到镜面的距离相等，人离镜0.5m，则像离镜0.5m，人与像的距离就是0.5m+0.5m=1m；（3）像与物的大小相同，与人到镜的距离无关故答案为：160 1m不变26. 在蒸汽压缩式制冷机中，从冷凝器流出的液体经节流后温度降低了，并有部分液体变为同温度的蒸汽，试解释为什么在蒸汽压缩式制冷机中，从冷凝器流出的液体经节流后温度降低了，并有部分液体变为同温度的蒸汽，试解释为什么温度降低反而使液体蒸发?节流过程是等焓过程，即U1+p1V1=U2+p2V2，其中下标“1”表示初态，下标“2”表示末态已知液体经节流以后温度降低，内能减小，而节流膨胀后压强显著减小，要维持焓的不变只能显著地增加体积部分液体的汽化能显著增加系统的总体积，以维持焓的不变，所以必然有部分液体蒸发27. 质量为m的物体沿斜面向下滑动当斜面的倾角为时，物体正好匀速下滑问：当斜面的倾角增大到时，物体从高为h质量为m的物体沿斜面向下滑动当斜面的倾角为时，物体正好匀速下滑问：当斜面的倾角增大到时，物体从高为h处由静止滑到底部需要多少时间?28. 一切磁现象都起源于运动的电荷。 ( )一切磁现象都起源于运动的电荷。()正确29. 蓝藻属于_生物，支原体属于_生物，酵母属于_生物，果蝇属于_生物，拟南芥属蓝藻属于_生物，支原体属于_生物，酵母属于_生物，果蝇属于_生物，拟南芥属于_生物，大肠杆菌属于_生物。(填“原核”或“真核”)正确答案：原核 原核 真核 真核 真核 原核原核原核真核真核真核原核30. 用内能判据导出热、力学和相变平衡条件用内能判据导出热、力学和相变平衡条件内能判据的数学表达形式为 (1) 对于推导平衡条件而言，只涉及U=0，不必考查2U0 为简化，设系统由两个均匀部分(或子系统)组成，分别代表两个相，相互接触，彼此之间可以发生能量与物质的交换，而且两个系统的体积也可以改变，但保持总的S，V及N不变令U1，U2；S1，S2；V1，V2；N1，N2分别代表两个子系统的内能、熵、体积和摩尔数对整个系统，有 U=U1+U2， (2a) S=S1+S2， V=V1+V2， N=N1+N2 (2b) 于是有 (3) 由约束条件(2b)，得 S2=-S1， V2=-V1， N2=-N1. (4) 利用(4)，则(3)化为 U=(T1-T2)S1-(p1-p2)V1+(1-2)N1. (5) 根据内能判据，内能取极小的必要条件为U=0由于(5)式中的S1，V1和N1均可独立改变，故得平衡条件 (6) 31. 任何一个实际的弹簧都是有质量的，如果考虑弹簧的质量，弹簧振子的振动周期将变大还是变小?任何一个实际的弹簧都是有质量的，如果考虑弹簧的质量，弹簧振子的振动周期将变大还是变小?从质量的意义上说，质量表示物体的惯性。弹簧本身的质量计入时，系统的质量增大，更不易改变运动状态。对不断地周期性改变运动状态的弹簧振子的简谐运动来说，其进程一定要变慢。这就是说，考虑弹簧的质量时，弹簧振子的振动周期要变大。32. 凝胶是介于固体和液体之间的分散系统，下列关于刚性凝胶的描述，不正确的是( )A是非膨胀性的B凝胶是介于固体和液体之间的分散系统，下列关于刚性凝胶的描述，不正确的是( )A是非膨胀性的B具有多孔性的结构C凡是能润湿的液体，其吸收作用并无选择性D线性大分子所形成的凝胶多属刚性凝胶正确答案：D33. 一线偏振光在玻璃一空气界面上全反射，玻璃的折射率，n1=15。试问，该线偏振光以多大角度入射，才能一线偏振光在玻璃一空气界面上全反射，玻璃的折射率，n1=15。试问，该线偏振光以多大角度入射，才能使反射光的s分量与p分量问的相位差等于40。正确答案：本题属于界面全反射问题。34. 晶体中全同聚丙烯的链构象为 ( ) A平面锯齿形 B螺旋形 C无规线团形晶体中全同聚丙烯的链构象为()A平面锯齿形B螺旋形C无规线团形B35. 在没有其它光源的情况下，舞台追光灯发出的绿光照射到穿白上衣、红裙子的演员身上时，则观众看到的是A全身都在没有其它光源的情况下，舞台追光灯发出的绿光照射到穿白上衣、红裙子的演员身上时，则观众看到的是A全身都是绿色的B上衣是绿色的，裙子是红色的C上衣是绿色的，裙子是紫色的D上衣是绿色的，裙子是黑色的D在没有其它光源的情况下，舞台追光灯发出的绿光照射到穿白上衣、红裙子的演员身上时，则观众看到的是上衣是绿色的，裙子是黑色的，选D36. 环氧丙烷经开环聚合后，可得到不同立构的聚合物(无规、全同、间同)，试写出它们的立构的不同，并大致预计它们对环氧丙烷经开环聚合后，可得到不同立构的聚合物(无规、全同、间同)，试写出它们的立构的不同，并大致预计它们对聚合物性能各带来怎样的影响?聚环氧丙烷的结构式如下，存在一个不对称碳原子(有星号的)，因而有全同、间同和无规立构体。 性能的影响是：全同或间同立构易结晶，熔点高，材料有一定强度。其中全同立构的结晶度、熔点、强度会比间同立构略高一点。无规立构不结晶或结晶度低，强度差。 常见错误分析：“只存在间同立构，不存在全同立构。” 以上写法省略了H，根据上述结构式，似乎只存在间同不存在全同。这是一种误解，实际上碳的四个价键为四面体结构，三个价键不会在一个平面上。在平面上表示的只是一个示意，全同与间同的真正区别在于CH3是全在纸平面之上(或之下)，或间隔地在纸平面之上和之下。 37. 设一个电子脱离金属钾表面所需的能量为18eV，需何种波长的光照才能产生光流?照射光子的质量和动设一个电子脱离金属钾表面所需的能量为18eV，需何种波长的光照才能产生光流?照射光子的质量和动量分别为何值?正确答案：根据hvmv22W0公式,逸出功W0是个电子脱离金属表面必需的能量,由照射光供给,即E1816021019Jhvhc689310-7m照射光的质量m320410-36kg照射光的动量p961210-28kg.m.s-138. 下列三种表述： (1)在真空中，光的速度和光的频率与光源的运动无关 (2)在一切惯性参考系中，物理定律都具有下列三种表述：(1)在真空中，光的速度和光的频率与光源的运动无关(2)在一切惯性参考系中，物理定律都具有相同的表达形式，是等价的(3)在一切惯性参考系中，测得真空中的光速都等于c，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同在上述表述中正确的是()(A)只有(1)、(2)是正确的(B)只有(1)、(3)是正确的(C)只有(2)、(3)是正确的(D)上述三种表述都是正确的D39. 与平面镜的夹角为30，入射到平面镜上的光线，其反射光线的条数为（）A一条B两条C三条D无数条与平面镜的夹角为30，入射到平面镜上的光线，其反射光线的条数为（）A一条B两条C三条D无数条由反射定律知，与平面镜的夹角为30，入射到平面镜上的光线，入射角为60，反射角也为60，这样的光线可以从平面镜的不同角度入射到平面镜上，因此有无数条，其反射光线也应该有无数条故选D40. 高分子溶液晶格模型中高分子链段均匀分布的假定对高分子稀溶液是合理的。( )高分子溶液晶格模型中高分子链段均匀分布的假定对高分子稀溶液是合理的。()错误41. 应力松弛可用哪种模型来描述 ( ) A理想弹簧与理想黏壶串联 B理想弹簧与理想黏壶并联 C四元件模型应力松弛可用哪种模型来描述()A理想弹簧与理想黏壶串联B理想弹簧与理想黏壶并联C四元件模型A42. 设有一列简谐横波： 其中x，y的单位是cm，t的单位是s。试求： (1)振幅A，角频率，波速u和波长； (2)振动初相设有一列简谐横波：其中x，y的单位是cm，t的单位是s。试求：(1)振幅A，角频率，波速u和波长；(2)振动初相位是的位置x。(1)A=5.0cm，=4.0/s，u=2.0m/s，=10cm； (2)x=(-3.0+10k)cm，k=0，1，2， 43. 你能否想出一种简单的实验或观察，来说明反射定律对一切波长的可见光都适用?你能否想出一种简单的实验或观察，来说明反射定律对一切波长的可见光都适用?令一束太阳光照射在平面镜上，即可观察到入射光束和反射光束之间总是遵循反射定律的因为太阳光是包含一切波长的可见光，这一现象说明反射角的大小与波长无关，都遵从反射定律光在折射时是有色散的；而反射时总是无色散的因此，在光学仪器中，为减小色散总是尽量采用反射光路44. 哪位科学家建立的电磁理论指出光是一种电磁波?A、牛顿B、爱因斯坦C、柯普亮D、麦克斯韦哪位科学家建立的电磁理论指出光是一种电磁波?A、牛顿B、爱因斯坦C、柯普亮D、麦克斯韦正确答案： D45. 一个人站在竖直放置的平面镜前5m处，他的像距离平面镜_m。一个人站在竖直放置的平面镜前5m处，他的像距离平面镜_m。546. 若r是某点到质心的距离，则该物体转动惯量可表示为I=m*(r)2。( )若r是某点到质心的距离，则该物体转动惯量可表示为I=m*(r)2。( )正确答案：47. 1884年瑞士的一所女子中学的教师巴耳末仔细研究氢原子光谱的各可见光谱线的“波数”(即1/)时，发现它们可以用1884年瑞士的一所女子中学的教师巴耳末仔细研究氢原子光谱的各可见光谱线的“波数”(即1/)时，发现它们可以用下式表示：，n=3，4，5，其中R为一常量，叫里德伯常量。试由氢原子的能级公式求里德伯常量的表示式并求其值(现代光谱学给出的数值是R=1.0973731534107m-1)。氢原子的能级公式为： 氢原子的可见光谱是从n3的态跃迁到n=2发的光形成的。根据频率条件有 与巴耳末公式对比，得里德伯常量为 =1.11107m-1知识点窍 氢原子的能级公式。 逻辑推理 根据频率条件对氢原子的能级公式进行变形即可得到巴耳末公式。 48. 液体表面层的分子总是受到指向_，而表面张力则是_液体表面层的分子总是受到指向_，而表面张力则是_。正确答案：液体内部的拉力 沿液体表面切线方向上垂直于单位长度的紧缩力液体内部的拉力沿液体表面切线方向上垂直于单位长度的紧缩力49. 以下几个实验现象中，能说明声音产生条件的实验现象是 A放在钟罩内的闹钟正在响铃，把钟罩内的空气抽走一以下几个实验现象中，能说明声音产生条件的实验现象是A放在钟罩内的闹钟正在响铃，把钟罩内的空气抽走一些以后，铃声明显减小B使正在发声的音叉接触水面，水面溅起水花C吹笛子时，手指按住不同的孔便会发出不同的声音D把正在发声的收音机密封在塑料袋内，然后放入水里，人们仍能听到收音机发出的声音B50. 将lg PMMA在20下溶解于50cm3苯中，已知PMMA的密度为1.18g/cm3，苯的密度为0.879g/cm3，已知数均相对分子质量将lg PMMA在20下溶解于50cm3苯中，已知PMMA的密度为1.18g/cm3，苯的密度为0.879g/cm3，已知数均相对分子质量为105，计算熵变值。在计算中你用了什么假定? 式中：V1为溶剂体积；V2为高分子体积。 在计算中假定体积具有加合性，高分子可以看成由一些体积与苯相等的链段组成，每个链段对熵的贡献相当于一个苯分子，在这里假定了链段数等于单体单元数。